一種離軸橢球面鏡的檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，由斐索干涉儀及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡、五維調(diào)整架、補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架，另一端供待測離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。本實(shí)用新型能夠快速定位被測離軸橢球面，提高檢測離軸橢球面的效率，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了檢測成本，實(shí)現(xiàn)了對各種離軸橢球面的檢測，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的空白。
【專利說明】一種離軸橢球面鏡的檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面鏡的檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)元件的傳統(tǒng)檢測方法與技術(shù)已沿用了數(shù)十年。光學(xué)檢測涉及被測元件材料、口徑、種類以及測試技術(shù)、儀器和設(shè)備等。被測元件的種類繁多，包括有平行平板、球面、非球面、自由曲面、衍射光柵、錐鏡、柱面透鏡等，非球面中有特殊的非球面如拋物面、橢球面、雙曲面和除此以外的其它非球面。光學(xué)檢測中常用的主要儀器可分為干涉儀類、表面輪廓儀類、MTF測試儀類、精密球徑儀類、焦距與偏心測試儀器類及其它儀器等。
[0003]國內(nèi)外都在研制和發(fā)展各自的先進(jìn)儀器。國內(nèi)以南京理工大學(xué)和成都太科公司為代表的干涉儀制造廠家，各類數(shù)字式干涉儀的產(chǎn)品口徑有Φ25_?Φ600_;進(jìn)口以美國Zygo公司為代表的從口徑4"?32"的各類干涉儀；Zygo公司以3D干涉顯微鏡為基本原理發(fā)展的非接觸式表面輪廓儀，從早期的Maxim3D5700到現(xiàn)代最新的Zemapper System等；英國Tayloy-Hobson觸針式輪廓儀；滿足實(shí)際需求的三坐標(biāo)測量儀、4D干涉儀等。
[0004]然而，在光學(xué)檢測儀器和技術(shù)應(yīng)用上，仍存在很多問題和不足。目前，尚未有關(guān)于離軸橢球面快速檢測的方法或裝置。現(xiàn)有檢測儀器如Zygo干涉儀、牛頓干涉儀、4D干涉儀、Tayloy-Hobson等均無法直接檢測離軸橢球面。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是以克服目前對離軸橢球面進(jìn)行檢測的調(diào)整困難，提供一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面檢測裝置及其檢測方法。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種離軸橢球面鏡的檢測裝置，其特點(diǎn)在于，該裝置由斐索干涉儀及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡、五維調(diào)整架、補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架，另一端供待測離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
[0008]所述的三維調(diào)整架具有X、Y、Z三維，所述的五維調(diào)整架具有X、Y、Z、Tip&Tilt五維。
[0009]所述的待測離軸橢球面鏡為凹面鏡。
[0010]一種利用所述的離軸橢球面鏡的檢測裝置檢測待測離軸橢球面鏡的方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括下列步驟:
[0011]①根據(jù)待測離軸橢球面鏡的設(shè)計尺寸，按照圖6中所示，計算Θ 1，Θ I可根據(jù)已知的L1、L2、L3由三角公式求得00可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的已知參數(shù)RO和DO求得。根據(jù)S1SQ0的原則選擇選擇最接近于Θ i所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)球面鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的選擇以最大限度利用斐索干涉儀的出射光能，即確保斐索干涉儀的出射光全部照射在該待測離軸橢球面鏡上；
[0012]②將待測離軸橢球面鏡固定在基座上，調(diào)整五維調(diào)整架使基座的上表面處于水平，開啟所述的斐索干涉儀，該斐索干涉儀發(fā)出的光束經(jīng)所述的標(biāo)準(zhǔn)球面鏡全部照射在基座上的待測離軸橢球面鏡；
[0013]③調(diào)整五維調(diào)整架的高度，使斐索干涉儀發(fā)出的光束經(jīng)所述的待測離軸橢球面鏡后聚焦，該焦點(diǎn)即為待測離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2，此時所述的斐索干涉儀輸出的球面波的焦點(diǎn)位于待測離軸橢球面鏡的另一個焦點(diǎn)Fl ；
[0014]④通過對三維調(diào)整架的調(diào)整使補(bǔ)償小球置于待測離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2的位置上；
[0015]⑤所述的斐索干涉儀即得到待測離軸橢球面鏡的面型。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是能夠快速定位被測離軸橢球面，提高檢測離軸橢球面的效率，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了檢測成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的光路圖。
[0019]圖3是補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架和待測離軸橢球面鏡的正視圖。
[0020]圖4是五維調(diào)整架的側(cè)視圖。
[0021]圖5是被測離軸橢球面的三視圖，Ca)為正視圖，(b)為右視圖，(C)為俯視圖。
[0022]圖6是選擇標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的計算示意圖。
[0023]圖中:1 一斐索干涉儀，2—斐索干涉儀用標(biāo)準(zhǔn)球面鏡，3—待測離軸橢圓面鏡，4一補(bǔ)償小球，5—補(bǔ)償小球的三維調(diào)整架，6—待測離軸橢球面鏡的五維調(diào)整架7—斐索干涉儀發(fā)出的平行單色光，8—經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡透射的光線，9 一經(jīng)待測離軸橢圓面鏡反射的光線，10—經(jīng)補(bǔ)償小球反射的光線，11 一經(jīng)待測離軸橢圓面鏡再次反射的光線，12—經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡表面折射回干涉儀的光線，A—標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)反射面，A’ 一標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的外表面，B-待測離軸橢圓面鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]請先參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，由斐索干涉儀I及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡2、五維調(diào)整架6、補(bǔ)償小球4及其三維調(diào)整架5組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡2是所述的斐索干涉儀I的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架6的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架5，另一端供待測離軸橢球面鏡3擺放，所述的斐索干涉儀I位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
[0026]1、斐索干涉儀:用一個經(jīng)過很好校正的物鏡準(zhǔn)直從針孔發(fā)出的光。在準(zhǔn)直物鏡與針孔(空間濾波器)之間放置一個分光鏡，以便從側(cè)面觀察干涉條紋。斐索干涉儀發(fā)出的光為平行單色光。
[0027]根據(jù)待測離軸橢球面鏡的設(shè)計尺寸，按照圖6中所示，計算光線入射到被測離軸橢球面的最大立體角Θ I的度數(shù)，Θ I可根據(jù)已知的L1、L2、L3由三角公式求得，其中LI為待測離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2到待測離軸橢球面鏡一投影邊緣的距離，L2為待測離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2到待測離軸橢球面鏡另一投影邊緣的距離，L3為兩投影邊緣的間距。標(biāo)準(zhǔn)球面鏡出射的最大出射立體角00的度數(shù)，可根據(jù)已知參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的曲率半徑RO和出
射光線的最大直徑DO求得。根椐的原則選擇選擇最接近于Q1所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)球面
鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的選擇以最大限度利用干涉儀的出射光能，即確保出射光全部照射在待測離軸橢圓面鏡上。
[0028]2、集成的待測離軸橢圓面鏡、三維調(diào)整架及五維調(diào)整架。
[0029]圖2是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的光路圖，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)反射A面作為參考球面，待測離軸橢圓面B作為待測球面。根據(jù)待測離軸橢圓面鏡兩個焦點(diǎn)之間的距離確定補(bǔ)償小球與待測離軸橢圓面鏡的相對位置，并通過對三維調(diào)整架和五維調(diào)整架的反復(fù)調(diào)整以找到補(bǔ)償小球的位置，使其位于待測離軸橢球面鏡的另一個焦點(diǎn)F2上。
[0030]標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)表面A面作為參考球面，其面型精度是小于λ /10，B面是經(jīng)單點(diǎn)金剛車石車床加工而成的離軸橢球面作為被測面。本實(shí)用新型裝置光路圖如圖2所示。斐索干涉儀發(fā)出的平行單色光7入射到標(biāo)準(zhǔn)透射球面后，一部分光被參考球面內(nèi)表面A反射，該反射光線攜帶標(biāo)準(zhǔn)球面波信息。另一部分光經(jīng)參考球面A透射(稱為光線8)后匯聚到焦點(diǎn)Fl后發(fā)散入射到待測離軸橢球面B。根據(jù)橢圓面的光學(xué)性質(zhì):點(diǎn)光源Fl發(fā)出的光線經(jīng)橢球面后匯聚于橢球面的另一焦點(diǎn)F2，在F2點(diǎn)的位置上放置補(bǔ)償小球，小球的面型精度小于λ /10。光線經(jīng)待測離軸橢球面鏡反射(稱為光線9)匯聚成的焦點(diǎn)與小球的球心點(diǎn)重合，光線經(jīng)過小球球面按原路反射(稱為光線10)回到待測離軸橢球面，再次經(jīng)過橢球面反射(稱為光線11)匯聚于焦點(diǎn)Flj^Fl后發(fā)散投射到標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的外表面Α’，經(jīng)Α’面折射(稱為光線12)回到干涉儀中。平行單色光7經(jīng)參考球面內(nèi)表面A的反射光線與光線12滿足頻率相同、振動方向一致、相位差`恒定三個條件，從而發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生干涉條紋。通過斐索干涉儀觀察干涉條紋并對干涉條紋進(jìn)行分析從而得出離軸橢球面表面的面型測量結(jié)果。[0031 ] 斐索干涉儀是一種比較常用的等厚干涉儀，主要用于檢驗(yàn)平面或球面面型。單色光源所發(fā)出的光被透鏡會聚在圓孔光闌上，光闌位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。從準(zhǔn)直物鏡出射的平行光束，在帶有楔度的參考平面的下平面和被測平面的上平面反射回來，再通過準(zhǔn)直物鏡和物鏡在目鏡的焦平面上形成圓孔光闌的小孔的兩個像。調(diào)整被測零件所在的工作臺，使兩個像重合。如果用望遠(yuǎn)放大鏡代替目鏡，就可以在被測平面看到等厚干涉條紋。利用上述斐索干涉儀的工作原理，在本實(shí)用新型裝置中，平行單色光7經(jīng)參考球面內(nèi)表面A的反射光線與光線12發(fā)生相干疊加，產(chǎn)生干涉條紋，并在斐索干涉儀中觀察干涉條紋，由斐索干涉儀分析得出面型測量結(jié)果。斐索干涉儀具有個測量鍵，點(diǎn)擊測量鍵可以得到面型的結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，其特征在于，該裝置由斐索干涉儀(I)及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡(2)、五維調(diào)整架(6)、補(bǔ)償小球(4)及其三維調(diào)整架(5)組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡(2)是所述的斐索干涉儀(I)的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架(6)的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架(5)，另一端供待測離軸橢球面鏡(3)擺放，所述的斐索干涉儀(I)位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
【文檔編號】G01B11/24GK203443554SQ201320573778
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】施麗敏, 趙劍敏, 顧亞平, 魏向榮 申請人:上海現(xiàn)代先進(jìn)超精密制造中心有限公司